Интерактивные внешние ограждающие конструкции

Здания обеспечивают внутреннюю среду для большей части человеческой деятельности, а фасады создают различие между внутренней и внешней средой. Архитектор Кен Еанг [2] предложил различие в диапазонах комфорта в соответствии с функциями здания и требованиями организма человека, которые определяют степень отклонения между внутренней и внешней средой.

В отличие от климатконтроля зданий технология не ограничивается ролью тонкой настройки в конце процесса проектирования, а является неотъемлемым элементом биоклиматического подхода. Взаимодействие между внутренним и внешним пространством принимает множество форм: от полного закрытия до полной открытости для потоков материи и энергии.

Защита от механических воздействий, радиации, нежелательных веществ является одним из наиболее важных функциональных назначений фасадов зданий. Но граница между внутренним и внешним также должна обеспечивать механизмы для обмена веществом и энергией, необходимой для поддержания метаболизма - проницаемость для воздуха, воды и питательных веществ является предварительным условием для жизни и для обеспечения внутренней среды современными стандартами комфорта.

Сегодняшнее активированное здание, которое непрерывно преобразует ресурсы, энергию и информацию, сформировалось в результате развития компьютерной техники, кибернетики и искусственного интеллекта. По прохождении этапов стадии развития интерактивности в архитектуре зданий, появилось три средства, с помощью которых стало возможным регулировать взаимоотношения внутреннего и внешнего пространств:

Этапы развития интерактивной оболочки

В 1978 году Майк Дэвис сделал знаменитый шаг к созданию многофункционального фасада, разработав концепцию «поливалентной стены» (рис. 1) во время проектирования здания Роджерса Ллойда в Лондоне (рис. 2). Он должен был объединить классические функции герметизации и изоляции, а также экологический контроль и вентиляцию. Такая «поливалентная стена» могла позитивно использовать трансмиссию стекла и контролировать посредством специальных функциональных слоев поток энергии в обоих направлениях: снаружи вовнутрь и наоборот.

Современные фасадные технологии все еще идут в направлении разделения функций на слои и их объединения в различные компоненты здания, которые затем в конечном итоге объединяются в модульный фасад [3]. Например, новое поколение высокопроизводительных оболочек способствовало появлению сложных фасадов, сочетающих реакцию окружающей среды в режиме реального времени, современные материалы, беспроводные датчики и исполнительные механизмы. Эта практика в корне изменила подход архитекторов к проектированию зданий: сделан акцент на переход от формы к механизмам оболочки.

Башня Ветров архитектора Тоёо Ито 1986 года в Йокогаме (рис. 3) является первым зданием, цифровая оболочка которого спроектирована по принципу, содержащему потенциал для расширения и непредопределенности формы здания. Башня постоянно трансформируется, светильники меняют цвет в соответствии с окружающими звуками, а неоновые кольца колышутся в соответствии с ветрами города. В результате нет никакого шаблона, так как отображение света является прямым представлением окружающей среды, изображенной на цилиндрической поверхности высотой 21 м.

Данный проект не только вовлекает здание в диалог с городом, но также устанавливает прямую символическую связь между природой и архитектурой.

С развитием новых технических возможностей «интеллектуальные объекты» начинают получать много информации из внешней среды. Поведение людей является важной частью этой среды. Это привело к созданию «семейств интеллектуальных объектов» в нашей среде, которые могут общаться с нами и друг с другом, отправляя сообщения с помощью встроенных микропроцессоров, которые дают различную информацию.

Многие из этих компонентов предназначены для сбора информации из окружающей среды: температура воздуха, уровень освещенности, скорость ветра и шум. Некоторые компоненты могут получать простые сообщения от человека. Они чувствуют, что наше присутствие излучает тепло или движение и реагируют определенным образом. Это повлияло на развитие интерактивной оболочки здания, функции которой теперь могли выходить за пределы ее роли границы, отделяющей внутреннюю часть от внешней.

Одной из основных задач интерактивной архитектуры является решение взаимодействия здания и окружающей среды. Подобного рода идеи неоднократно обыгрывались архитекторами и инженерами. HypoSurface – движущийся экран (рис. 4), разработанный в 2001 году dECOi совместно с MIT, является примером интерактивной кинетической оболочки. Эта механическая поверхность способна реагировать на внешние раздражители, такие как звук, свет, температура, движение, прикосновение и электронная информация, используя активные и пассивные датчики. Hyposurface является не только выразительным архитектурным объектом, но также служит примером усовершенствования невербальной коммуникации в городской среде.

Бионический подход

Помимо становления техногенного подхода к проектированию оболочки здания, новые технологии и интеллектуальные материалы стимулировали внедрение биологических моделей для понимания поведения и проектирования систем зданий и их элементов управления. Таким образом, оболочку здания можно рассматривать буквально как сложную мембрану, способную к обмену энергией, материалами и информацией. Появился описательный лексикон, который использует биологическую терминологию в концептуализации архитектурного дизайна.Например, в настоящее время часто встречается термин «кожа» применительно к внешней оболочке здания. Майкл Виггинтон и Джуд Харрис в своей книге «Интеллектуальные оболочки» утверждают, что использование термина «кожа» - это не просто метафора; оболочку здания можно рассматривать буквально как сложную мембрану, способную к обмену энергией, материалами и информацией. Она может быть спроектирована так, чтобы функционировать «как часть целостного строительного метаболизма и морфологии, и часто будет подключаться к другим частям здания, включая датчики, исполнительные механизмы и провода управления от системы управления зданием» [4].

Интерактивный павильон Muscle NSA (рис. 5), разработанный в 2003 году в Нидерландах архитектором Касом Остерхаусом и исследовательской группой Hyperbody), основан на принципах работы мышц. NSA - это надутое тело, обернутое 72 связанными мышцами Festo, полые трубки которых расширяются и сжимаются в зависимости от величины давления воздуха. Человек может взаимодействовать с Muscle как через сенсоры, так и через экран компьютера. Архитекторы также запрограммировали Muscle на независимое поведение, позволяющее не просто реагировать на условия окружающей среды, но и взаимодействовать с ними. Такая имитация природной модели называется биомиметикой или бионикой. Такой подход позволяет эффективно интерпретировать не только внешность, но и внутренний потенциал природных решений и добиваться прироста полезных свойств у архитектурной конструкции.

Например, иммерсивный павильон The Hive (рис. 6), разработанный в 2015 году в Ноттингеме художником Вольфгангом Баттрессом в сотрудничестве с инженером Тристаном Симмондсом и манчестерской архитектурной фирмой BDP, основан на концепции улья. Павильон изготовлен из 169 300 отдельных алюминиевых компонентов. Основой концепции улья является сферическая пустота в центре конструкции, которая позволяет людям войти внутрь и ощутить сенсорное представление о деятельности пчел. Светодиодные светильники, встроенные в алюминиевые узлы, светятся и пульсируют, отражая активность, получаемую с помощью акселерометра в реальном улье, расположенном почти в тысяче километров от павильона.

Таким образом, интерактивная окружающая среда способна принимать и обрабатывать информацию, а также предпринимать действия в соответствии с ситуацией, становясь частью окружающей среды и взаимодействуя с человеком.

Интерактивные решения в архитектуре выстраивают взаимную связь между человеком, архитектурой и окружающей средой, подталкивая их к более выгодному взаимодействию и создавая возможности для их дальнейшего сосуществования и эволюции. Пересечение цифровых технологий с областью архитектуры, которая обменивается данными в режиме реального времени, предлагая конфигурацию, адаптированную к постоянно меняющимся потребностям человека, способствует конвертации архитектуры из статичного искусства в динамичную среду.

1. Дизайн от природы: [Электронный ресурс] Режим доступа:
https://www.the-village.ru/village/city/design_ot_prirodi/116135-dizayn-ot-prirody-transportnye-i-arhitekturnye-innovatsii-v-yaponii (дата обращения: 25.11.19)

2. Еанг, Кен. The Green Skykscraper, The Basis for Designing Sustainable
Intensive Buildings, Prestel Verlag, Munich, Лондон, Нью-Йорк, 1999.

3. Кнаак, Ульрих. Fassaden: Prinzipien der Konstruktion, Birkhäuser Verlag, Швейцария, 2007

4. Виггинтон, Майкл. Интеллектуальные оболочки / М. Виггинтон, Д. Харрис. – Оксфорд: Elsevier Architectural Press, 2006 – С. 3 ●